Левитация без магии: как физики заставляют предметы парить в воздухе
https://ria.ru/20180117/1512728197.html
Левитация без магии: как физики заставляют предметы парить в воздухе
Левитация без магии: как физики заставляют предметы парить в воздухе — РИА Новости, 17.01.2018
Левитация без магии: как физики заставляют предметы парить в воздухе
Однажды физик Андрей Гейм провел опыты по левитации лягушки в магнитном поле. Коллеги идею не оценили и выдали будущему светилу науки Шнобелевскую премию. Между РИА Новости, 17.01.2018
2018-01-17T08:00
2018-01-17T08:00
2018-01-17T15:26
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/151278/11/1512781170_0:60:2000:1185_1920x0_80_0_0_7ae7837a756a120abed6609b408dbe69.jpg
весь мир
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.
xn--p1ai/awards/
2018
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
1920
1080
true
1920
1440
true
https://cdnn21.img.ria.ru/images/151278/11/1512781170_112:0:1889:1333_1920x0_80_0_0_fa078e2a6e69ce501dfa4950ea8cdee4.jpg
1920
1920
true
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.
7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
весь мир
Наука, Весь мир
МОСКВА, 17 янв — РИА Новости. Однажды физик Андрей Гейм провел опыты по левитации лягушки в магнитном поле. Коллеги идею не оценили и выдали будущему светилу науки Шнобелевскую премию. Между тем исследователи продолжают изобретать различные способы левитации, то есть парения в воздухе без опоры, и воплощать их в реальные технологии.
Сила звука
Конечно, ни в одном случае нельзя на все сто процентов утверждать, что объект левитирует сам по себе — его просто поддерживает в воздухе нечто невидимое. Например, звуковые волны, как в опытах физиков из Великобритании. Они сделали из термопласта кирпичики размером около двух миллиметров со сложенными змейкой стержнями внутри. Число витков в стержнях было разным, а именно от этого зависел фазовый сдвиг звука, проходящего через элемент.
Кирпичики расположили в двух решетках таким образом, чтобы акустическая волна фокусировалась в центре и в итоге поддерживала небольшой шарик в воздухе. Частота звука была 40 килогерц, что недоступно человеческому слуху.
© Иллюстрация РИА Новости . А.ПолянинаШарик удерживается в воздухе звуковой волной, сфокусированной метаматериалом
© Иллюстрация РИА Новости . А.Полянина
Летят или едут?
Самый известный пример левитации, реализованный на практике, — высокоскоростные поезда на сверхпроводниках. Колеса обычного транспорта касаются дорожного полотна, поэтому на высокой скорости любая неровность или резкое торможение способны повредить как само колесо, так и поверхность, с которой оно соприкасается. Ну и все мы знаем, как порой трясет и бросает из стороны в сторону в автобусе или электричке.
Левитирующие поезда — маглевы — лишены колес и движутся, не касаясь земли. Ими управляет электрическое поле, а в воздухе удерживают сильнейшие магниты. В этой технологии используются сверхпроводники — материалы, лишенные электрического сопротивления.
Сверхпроводимость достигается только при определенной температуре, обычно очень низкой. Это осложняет технологию, но ученые не сдаются и ищут новые материалы, способные без сопротивления проводить ток даже при температуре, близкой к комнатной.
© AP Photo / strЛевитирующий поезд (маглев) в Китае
© AP Photo / str
Днище маглева — это магнит, индуцирующий электромагнитное поле в рельсах из сверхпроводника. Согласно закону Мейснера, при переходе в сверхпроводящее состояние магнитное поле полностью вытесняется из материала, оставаясь только на его поверхности. В итоге поля магнита и рельсов отталкивают друг друга, и поезд действительно зависает в воздухе. Несколько пассажирских маглевов курсируют в Китае и Южной Корее.
Управляемый рой
В фантастических фильмах о не слишком далеком будущем герои нередко пользуются виртуальными экранами-тачпэдами, висящими в воздухе и развертываемыми где угодно из какой-нибудь маленькой коробочки. В реальности такой технологии пока нет, но над ней работают.
© Human Media LabНебольшие дроны способны синхронизировать свои движения в воздухе
© Human Media Lab
Группа физиков из Канады предложила рисовать картинки в воздухе с помощью летящих синхронно миниатюрных квадрокоптеров. Они способны отследить движения человека и подстроиться под них. По мановению руки дроны на лету выстраивают какое-нибудь изображение, например собеседника, с которым вы разговариваете по видеосвязи. Пока коптеры меньше человеческой ладони не созданы, но авторы идеи рассчитывают уменьшить их хотя бы до одного сантиметра.
Вода взаимодействует с магнитом, лягушка левитирует
Yep
DIZZI
Так давно известна левитация диамагнетиков в сильных магнитных полях. забейте в поиске фоток в инете куча
Yep
это я к тому, что омагничивание воды тоже не пустой звук
unname22
Не пустой, вы это себе на яйца магниты нацепите, чтобы они полевитировали )))
Если образования не хватает — почитайте хотябы чтоли, самообразованием займитесь вместо того чтобы глупые темы заводить
Yep
unname22
вы это себе на яйца магниты нацепите
ну и как, тебе помогает?
ну а в чем это выражается — может, конец тоже, левитируя — стоять начал?
тогда мне не нужно — у меня и так стоИт.
DIZZI
Не стану копипастить. В википедии неплохая статья про диамагнетики. Все вещества взаимодействуют, магнитные притягиваются, диамагнитные выталкивают магнитное поле. Другое дело что после устранения воздействия вода как была водой так ей и останется.
Yep
ага, все знают теоретически, про диамагнетики — однако летающую каплю воды получил только Гейм
DIZZI
Счас ))))) Если википедия не авторитетна то БСЭ возьмите
DIZZI
http://stfw.ru/page.php?id=11332
а сам эффект еще с 18 века известен
Правда тогда не было источников таких сильных магнитных полей. Гейм молодец без вопросов, но не он один в этой области, не стоит все лавры на него вешать 😊
Yep
шо, и раньше получали? значит он первый получил леветирующую лягшку
DIZZI
разговор вроде за воду был 😊 а лягуха там или слон вопрос масштабов. Вода как диамагнетик вытесняет магнитное поле, следовательно способна к левитации. По поводу воздействия магнитного поля на живой организм пока не ясно. По моей ссылке мышка левитировала достаточно долго несколько часов, о негативном влиянии не говорили. Кстати лягухи у них тоже летали, так что и в этом еще не ясно кто первый 😊
silent__hunter
В намагничевание воды не верю-нет адекватных доказательств, но даже если лягуха сама летает, то это не левитаия-создание антигравитации, а некая тяга, которая поднимает лягуху
unname22
На собственном опыте — от сильного магнитного поля в первую очередь в сотовом телефоне портятся экран динамик и микрофон.
Человек начинает ощущать давление на голову, сильную тошноту, будет тяжело и тягостно дышать.
Металлические вещи начинают весьма прилично разогреваться от вихревых токов — цепочку, металлическую оправу лучше снять заранее. Часы к этому моменту и так накроются, даже кварцевые.
До уровня левитации наших мощностей тогда не хватало.
Nikofar
Посмотрел ролик. Сложилось впечатление, что лягушку перед опытом по левитации накормили нафталином.
По што амфибию земноводную замучили, не знаю.
Harpushtak
Nikofar
Сложилось впечатление, что лягушку перед опытом по левитации накормили нафталином.
Т.е. от нафталина их всегда так таращит? 😊
Yep
вчера по имп. каналу наука и чегото еще была передача. она была построена от первого лица, показали гейма, он про это рассказывал, и типа был страшно удивлен, что капля зависла в воздухе, и он типа в первый раз(как и я) видит и даже не подозревал, что капля может висеть в магнитном поле.
потом показали профессора, который увидел игрушку — магнитый волчок левитирующий над магнитами, и потратил целый там кажется месяц чтобы придумать теорию, почему он не сваливается в сторону. потом он созвонился с геймом, и они вместе удивлялись летающей лягухе.
Yep
вот этот левитрон
http://smotri.com/video/view/?id=v1169257cf43
Nikofar
Harpushtak
Т.е. от нафталина их всегда так таращит?
Не знаю. Жабиков и лягв кормить нафталином не пробовал.
Читал, что нафталин в 7-8 раз более «сильный» диамагнетик, чем вода, вот и подумал, что лягву перед опытом накормили каким-нибудь циклическим ароматическим углеводородом, типа нафталина. От этого, по-моему, лягву должно сильнее оттопыривать в магнитном поле.
Yep
тута:
http://www.ru.nl/hfml/research/levitation/diamagnetic/
When we, in our turn, rediscovered levitation being unaware of the previous experiments, we were amazed to find out that 90% of our colleagues did not believe that we were not joking that water can levitate. It became obvious to us that it was important to make scientists (as well as non-scientists) aware of the phenomenon.
We levitated a live frog and other not-very-scientific objects because of their obvious appeal to a broader audience and in the hope that researchers from various disciplines, not only physicists, would never ever forget this often neglected force and the opportunities it offers.
In addition, the frog picture will probably help students studying magnetism to get less easily bored.
Когда мы, в свою очередь, вновь левитации не зная о предыдущих экспериментов, мы были поражены, узнав, что 90% наших коллег не верил, что мы не шутим, что вода может подняться. Это стало очевидным для нас, что это было важно, чтобы ученые (а также, не являющихся учеными) известно о явлении. Мы левитации живых лягушек и других не-очень-научных объектов из-за их очевидной обратиться к широкой аудитории и в надежде, что ученые из различных дисциплин, не только физики, никогда не забудет этого часто пренебрегают силы и возможности, которые она предлагает.
Кроме того, лягушки фотография, вероятно, поможет студентам, обучающимся магнетизма, чтобы получить не так легко скучно.
Андрей Гейм прошел путь от левитирующей лягушки до высшей награды науки.
Работа Андре Гейма над графеном стала результатом нефинансируемого побочного эксперимента.Фото Джонатана Накстранга/AFP/Getty Images
Нижеследующее адаптировано из книги Льюиса Подъем: творчество, дар неудачи и поиск мастерства , , опубликованной Simon & Schuster.
«Там написано: «Входа нет», но вы просто входите», — рассказал мне физик Андре Гейм о графитовых рудниках в горах, куда он часто ходит. Его комментарий олицетворял беззаботность его эксперимента по физике, получившего Нобелевскую премию, и его привычку преднамеренно экспериментировать за пределами своей области знаний.
Гейм, родившийся в России гражданин Нидерландов и Великобритании, профессор Манчестерского университета, и его коллега Константин Новоселов получили Нобелевскую премию по физике 2010 года за свои эксперименты с материалом толщиной в один атом под названием графен — самым тонким, самый прочный и самый проводящий материал из существующих. Прогнозируется, что он заменит кремний и изменит известную нам электронную промышленность.
Честь получения Нобелевской премии усугубляется тем, что Гейм — единственный на сегодняшний день ученый, получивший и Нобелевскую, и Шнобелевскую премии — награду, присуждаемую ученым за эксперименты настолько диковинные, что они «сначала заставляют людей смеяться, а затем заставляют их задуматься».
Гейм получил Шнобелевскую премию по физике в 2000 году за левитацию живой лягушки с помощью магнитов. «По моему опыту, если у людей нет чувства юмора, они, как правило, тоже не очень хорошие ученые», — сказал он. Изображение летающей лягушки впервые появилось в сети после публикации в газете 19 апреля.97 выпуск 
Большинство считало, что магнетизм воды, в миллиарды раз слабее железа, недостаточно силен, чтобы противостоять гравитации; демонстрация показала свою истинную силу.
Гейм заинтересовался магнетизмом, когда у него не было оборудования для продолжения своих экспериментов во время работы в лаборатории магнитов сильного поля Неймегенского университета Радбауд в Нидерландах. Итак, однажды вечером в пятницу он включил электромагнит на максимальную мощность, а затем залил воду прямо в дорогую машину. Он до сих пор не может вспомнить, почему «вел себя так непрофессионально», но смог увидеть, как нисходящая вода «застревала» в вертикальной скважине. Водяные шарики начали плавать. Они левитировали. Он обнаружил, что, казалось бы, «слабая магнитная реакция воды» может действовать против гравитационной силы Земли.
Фото предоставлено Лийнисом Нелемансом/High Field Magnet Laboratory/Radboud University Nijmegen
То, что казалось ночной забавой, превратилось в то, что Гейм называет «Экспериментами в пятницу вечером». В таких случаях лаборатория Гейма работает над «сумасшедшими вещами, которые, вероятно, вообще не сработают, но если они сработают, это будет действительно удивительно».
С самого начала карьеры Гейма он посвящал 10 процентов своего лабораторного времени такого рода исследованиям.
com/_components/slate-paragraph/instances/cq-article-913ce7b29d94c43121e5156e0a79fa21-component-12@published»>«Самое большое приключение — это перебраться в область, в которой вы не являетесь экспертом», — сказал Гейм. «Иногда я шучу, что мне неинтересно заниматься повторный поиск , только поиск ». Его общая карьерная философия заключается в том, чтобы «неглубоко пастись»: поработать в новой области несколько лет, а затем уйти.
Гейм и Новоселов нашли графен, спрятавшийся в графите от обычного карандаша.
Они изолировали его с помощью инструмента, который показался еще более примитивным, — куска скотча. Физики никогда раньше не работали с углеродом. Их команда работала долгие часы, чтобы ознакомиться с литературой, хотя они старались не столько читать, сколько читать сами по своим собственным идеям.Графеновый FNE начался, когда Гейм попросил Да Цзяна, докторанта из Китая, отполировать кусок графита диаметром в дюйм и толщиной в несколько миллиметров до 10 микрон с помощью специализированного станка. Отчасти из-за языкового барьера Цзян отполировал графит до пыли, но не до такой тонкости, которую хотел Гейм.
Экспериментаторы предварительно очищали образцы с помощью скотча, который затем выбрасывали. «Мы взяли его из хлама и просто использовали», — сказал Новоселов. Чешуйки графита на ленте из мусорного бака были тоньше и тоньше, чем то, что Цзян нашел с помощью необычной машины. Они не были толщиной в один слой — это достижение было получено путем разрыва их еще немного скотчем.Они заменили клей на японскую ленту Nitto, «вероятно, потому что весь процесс настолько прост и дешев, что мы хотели немного приукрасить его и использовать эту синюю ленту», — сказал Гейм. Тем не менее, «метод называется «метод скотча». Я боролся с этим названием, но проиграл».
Команда отправила документ с кратким изложением своих выводов в Nature .
Журнал дважды отклонил его — что является настолько обычной судьбой для исторически новаторских идей, что это могло означать непреднамеренный комплимент. Один рецензент сказал, что это «не является достаточным научным достижением», — сказал позже Гейм в своей речи при вручении Нобелевской премии.
* * *
Без исследования бездорожья у нас мало возможностей понять это.«Полезное чудо» любителя — это то, что эксперт может не осознавать, оставив позади. Это помогает нам обойти то, что психологи называют эффектом Einstellung, или ценой успеха: предвзятость, которая прокрадывается без нашего ведома и может мешать нам увидеть, как делать что-то по-другому.
Термин любитель теперь уничижительный: быть дилетантом, любителем или любителем — все это концептуальные флирты. Однако столетия назад слово любитель не предназначалось для унижения. Он описывал человека, который занимается деятельностью только ради удовольствия, а не преследует цель исключительно ради своей профессии.
Французское любитель происходит от латинского amator — любовник, преданный, человек, обожающий какое-то дело.
Немногие культивируют этот метод преднамеренного дилетанта как стратегию. По словам Гейма, такая ловкость требует чрезмерного мужества. «Я ездил на эти конференции новичком с парой уже престижных работ, будучи доцентом. Люди смотрели на меня [и говорили]: «Кто этот постдок по материалам? Что он делает?»… Это небезопасно. Вы движетесь в неизвестных водах, которые неизвестны не только с научной точки зрения, но и с психологической точки зрения».
«Я полагаю, — продолжил он, — именно здесь начинается игра». Игривость позволяет нам противостоять огромной неопределенности: преднамеренный любитель не знает другого пути.
Когда музыкант говорит, что кто-то может играть , , это значит, что он умелый, отзывчивый и ловкий; человек знает, как гармонизировать или предложить диссонанс, когда это правильно. Тем не менее, вне творческого процесса play — это термин, который может повредить концепции, которую он называет.
Созвездие голосов начало спорить о важности авантюрного подхода к процессу инновационной, серьезной работы. Лаборатория реактивного движения НАСА (JPL), например, считает игру настолько важной для работы своих инженеров, что спрашивает соискателей об их увлечениях в детстве. Google вызвал бурю негодования, когда стало известно, что он отказывается от своих знаменитых «20-процентных проектов» — своей традиции позволять сотрудникам тратить пятую часть своего времени на собственные эксперименты.
com/_components/slate-paragraph/instances/cq-article-913ce7b29d94c43121e5156e0a79fa21-component-27@published»> Однако в контексте научных исследований играть никогда не будет правильным словом, по крайней мере публично. Гейм предпочел бы назвать это «приключением» или «исследованием, движимым любопытством». Его лекция, получившая Нобелевскую премию, называлась «Случайный переход к графену». Утоптанные дорожки, которые выходят на траву и землю, называются «линиями желания»; в лесу и в городах эти пешеходные дорожки часто предлагают более эффективные способы передвижения, чем то, что градостроители разработали с мощеными улицами. В Финляндии градостроители часто отправляются в парки после снегопада, чтобы посмотреть, как пешеходы будут перемещаться, если они будут следовать своим собственным желаниям. Примером таких авантюрных поисков является Гейм, выискивающий дороги, хотя и скрытые, но находящиеся на открытой местности.
- Наука
- Физика
Диамагнетизм — левитирующее графитовое и лягушки
Требуемое оборудование: Службы карандаша, неодимийский магнит (4 или более)
Дополнительное оборудование: Pyrolytic Carbon, Pyrolitic Levitation Kit, Watch Glass
.
Видео, показывающее левитацию лягушки в магнитном поле. Это исследование получило в 2000 году премию Ig Novel по физике.
Сэр Андре Гейм известен двумя вещами: 1) получением Нобелевской премии в 2010 году за свою работу над графеном и 2) получением Шнобелевской премии в 2000 году за левитацию живой лягушки в магнитном поле.1 На видео выше показано лягушка, левитирующая в сверхсильном магнитном поле, создаваемом электромагнитом Биттера.
Лягушку трудно поднять в воздух без специального оборудования, но есть и другие предметы, которые можно найти дома или в классе, которые легко поднять в воздух.
как левитирует лягушка?
Оказывается, многие материалы являются «диамагнитными», что означает, что они отталкиваются магнитом (в отличие от «магнитных» материалов, которые притягиваются магнитом). Хотя диамагнетизм довольно распространен, это очень слабый эффект, намного слабее, чем силы притяжения магнитных материалов, таких как железо. По этой причине диамагнетизм редко замечают.
Одним из наиболее распространенных диамагнетиков является вода. Его диамагнетизм чрезвычайно слаб, но его можно наблюдать в средах с очень низким коэффициентом трения. Чудесное видео от Nurdrage ниже показывает силу отталкивания между водой и сильным неодимовым магнитом.
Нурдраге демонстрирует диамагнитные свойства воды и пиролитического углерода.
Поскольку биологические материалы содержат воду, они подвержены диамагнитному отталкиванию. В 1997 году Андрей Гейм и его сотрудники продемонстрировали диамагнитную левитацию лягушки (которая имеет особенно высокое содержание воды), используя силу отталкивания от очень сильного магнита для противодействия силе тяжести.
Чтобы создать достаточно сильную силу отталкивания, чтобы сбалансировать вес лягушки, группе Гейма пришлось использовать чрезвычайно сильное магнитное поле, создаваемое электромагнитом Биттера в Неймегенской лаборатории магнитов сильного поля в Нидерландах. Электромагнит Биттера, изобретенный Фрэнсисом Биттером в 1933, использует проводящие пластины (вместо более часто используемого проводящего провода) для передачи больших электрических токов и выдерживает огромный нагрев и напряжения, связанные с сильными полями. Магнит, использованный в видео с лягушкой выше, генерировал магнитное поле примерно в 16 тесла (примерно в 10 000 раз сильнее, чем поверхностное поле типичного магнита холодильника).
При таком значении диамагнитного отталкивания достаточно, чтобы сбалансировать вес лягушки.
микроскопическое происхождение диамагнетизма (заметки для гиков)
Все материалы в той или иной степени проявляют диамагнитные свойства, возникающие в результате движения электронов внутри атомов. Когда диамагнетик помещается во внешнее магнитное поле, магнитные силы, действующие на движущиеся электроны, заставляют атомы прецессировать или вращаться вокруг направления внешнего магнитного поля. Эти силы называются силами Лоренца, а прецессия называется прецессией Лармора, по имени Джозефа Лармора. Ларморовская прецессия атома похожа на прецессию волчка. Волчок будет колебаться вокруг вертикальной оси незадолго до того, как упадет, вращаясь вокруг направления (вертикального) гравитационного поля.
Ларморовская прецессия атома перемещает атомные электронные облака по кругу вокруг магнитного поля, вызывая тем самым электрические токи. Эти токи, в свою очередь, создают магнитное поле2, противоположное направлению приложенного магнитного поля.
По сути, ларморовская прецессия превращает атом в микроскопический электромагнит, направленный против внешнего магнитного поля. В результате атом отталкивается от источника внешнего поля. (Более подробную информацию о диамагнетизме, ларморовской прецессии и связанных с ними магнитных полях можно найти в превосходной статье3 Ханно Эссена. Предполагается, что она имеет степень бакалавра в области физики.)
Для атомов, не имеющих другого значительного источника магнетизма, диамагнитный эффект проявляется как магнитное отталкивание. Как правило, это справедливо только для атомов с заполненными электронными оболочками, для которых все собственные магнитные поля электронов компенсируются.4 Для атомов, имеющих неспаренные электроны, собственное магнитное поле, связанное с неспаренными электронами, подавляет диамагнитные эффекты электронов. Ларморовская прецессия. Эти материалы являются «парамагнитными» или «ферромагнитными», а не диамагнитными. Более подробное объяснение поведения парамагнетиков и ферромагнетиков см.
в нашем уроке «Железо и магниты».
| material | susceptibility |
|---|---|
| Pyrolytic Carbon | -40.9 |
| Bismuth | -16.6 |
| Mercury | -2,9 |
| Серебро | -2,6 |
| Алмаз | -2,1 |
| Свинец | — 9081 50159|
| Graphite | -1.6 |
| Copper | -1.0 |
| Water | -0.9 |
кредит
Рис. 1: Пиролитический графит парит над массивом неодимовых магнитов. Магниты расположены в шахматном порядке, при этом северные полюса двух угловых магнитов направлены вверх друг от друга, а южные полюса направлены вверх для двух других угловых магнитов.
левитация дома
Практически невозможно создать дома достаточно сильную напряженность поля, чтобы левитировать воду (если только у вас в гараже нет действительно потрясающего магазина). Однако некоторые другие материалы обладают более сильным диамагнитным свойством, чем вода, и их можно использовать для левитации в домашних условиях. В таблице 1 показана магнитная восприимчивость (мера силы магнитного поля материала) для ряда распространенных диамагнетиков. Все восприимчивости диамагнетиков отрицательны, что указывает на то, что они генерируют магнитное поле, противоположное направлению внешнего поля.
Графит (карандашный грифель) является одним из наиболее распространенных диамагнитных твердых тел. С достаточно сильными магнитами можно диамагнитно отталкивать графит от силы тяжести, так что графит левитирует. Видео ниже демонстрирует диамагнитные эффекты стержней карандаша, в том числе левитацию над набором неодимовых магнитов. На видео магниты расположены в шахматном порядке: северные полюса красных магнитов направлены вверх, а южные полюса серебряных магнитов направлены вверх.
Если бы использовался только один магнит, грифель отталкивался бы, но равновесие было бы неустойчивым. Грифель карандаша быстро соскальзывал в сторону. Используя шахматную доску, мы создаем стабильное расположение магнитного поля. Поле наиболее сильно в середине каждой грани магнита. Поле слабее всего на краях, где соприкасаются два магнита; в этом месте поля от двух магнитов частично компенсируются. Такое расположение создает область слабого поля на границах между магнитами, и грифель карандаша оседает в этой области слабого поля, окруженный областями более сильного поля, которые удерживают его в этом положении. место.
Устанавливая грифель карандаша поверх магнитов, убедитесь, что вы кладете грифель карандаша вдоль линии соединения магнитов. Если вы нажмете его слишком далеко в одну или другую сторону, он может упасть.
Несколько более сильный эффект можно наблюдать (рис. 1) при использовании пиролитического углерода (иногда называемого пиролитическим графитом), который можно приобрести в некоторых специализированных магазинах.
Ребята с http://sci-toys.com написали подробное описание методов левитации с пиролитическим углеродом на http://sci-toys.com/scitoys/scitoys/magnets/pyrolytic_graphite.html. Они также продают пиролитический углерод в своем магазине. Другие поставщики представлены в списке оборудования в верхней части этой страницы.
кредит
Видео, показывающее несколько трюков с диамагнитными стержнями карандаша, включая левитацию над набором неодимовых магнитов.
другие действия с диамагнетиками
вращение стержня карандаша на часовом стекле
Поместите часовое стекло или другой куполообразный предмет вверх дном на стол. Сбалансируйте грифель карандаша на вершине так, чтобы он мог свободно вращаться в любом направлении. Теперь поднесите сильный магнит к одному концу грифеля карандаша и наблюдайте, как он вращается.
гоняться за грифелем по зеркалу
Положите зеркало или лист стекла на стол и положите сверху грифель.
Поднесите сильный магнит к стержню карандаша и посмотрите, как он укатится. Устройте гонку, чтобы увидеть, кто первым догонит карандашный грифель до финиша.
левитация магнита с помощью диамагнетиков
Другой трюк с левитацией заключается в использовании диамагнетиков для стабилизации притяжения между двумя сильными магнитами. В принципе, маленький магнит можно левитировать, удерживая над ним большой магнит точно на нужном расстоянии, чтобы сила притяжения точно компенсировала силу гравитации. К сожалению, схема не стабильна. Если маленький магнит сдвинется вниз даже на незначительное расстояние, магнитное притяжение уменьшится, и сила тяжести вступит во владение, притягивая магнит дальше вниз. Магнит продолжает ускоряться вниз, пока в конце концов не упадет на землю. Если маленький магнит движется вверх, магнитное притяжение преодолевает гравитацию и тянет магнит дальше вверх, пока он не столкнется с большим магнитом.
Систему можно стабилизировать, используя кусочки диамагнитного материала над и под маленьким магнитом.
Когда магнит отклоняется слишком далеко в том или ином направлении, он приближается к диамагнетику, который отталкивает его обратно в том направлении, откуда он пришел. Ребята из scitoys написали подробные инструкции по сборке левитационного устройства из самодельных висмутовых дисков. Видео похожего устройства доступно по ссылке https://www.youtube.com/watch?v=jOaBnJpIRzM. Технический документ6 по этому вопросу был написан (как вы уже догадались) Андре Геймом и другими.
вопросы для размышления
- Почему не имеет значения, куда направлен магнит?
Атомы в диамагнетике генерируют электрические токи, которые всегда противодействуют внешнему магнитному полю. Во внешнем магнитном поле каждый атом становится микроскопическим электромагнитом. Если вы держите северный полюс постоянного магнита рядом с диамагнитным материалом, атомы в материале выровняются так, что их северные полюса будут обращены к постоянному магниту, тем самым отталкиваясь от постоянного магнита.
Если вы держите южный полюс постоянного магнита рядом с диамагнитным материалом, атомы в материале выровняются так, что их южные полюса будут обращены к постоянному магниту. Если вы положите диамагнетик на массив северных и южных магнитных полюсов, части диамагнетика над северными полюсами сформируют микромагниты с северными полюсами вниз, а части над южными полюсами сформируют микромагниты с их южными полюсами. вниз. Независимо от того, какой тип полюса магнита находится поблизости, диамагнетик образует магнит, который отталкивает его.
- Могу ли я левитировать магнит над диамагнетиком?
Попытка левитировать один магнит над одним диамагнетиком не сработает, потому что конфигурация нестабильна. Магнит соскальзывал в одну сторону. (См. выше обсуждение использования массива магнитов в шахматном порядке.) В принципе, мы могли бы левитировать массив магнитов в шахматном порядке над квадратной сеткой диамагнетиков, которые совпадают с линиями соединения массива в виде шахматной доски. Однако на практике магнитный массив будет слишком тяжелым, чтобы магнитное отталкивание могло выдержать его вес. Лучший способ левитировать магнит — это использовать другой сильный магнит, чтобы обеспечить дополнительную подъемную силу. Эта идея лежит в основе действия «поднимите магнит с помощью диамагнетиков» выше.
- Существуют ли другие устойчивые направления на шахматной доске магнитов?
Да. Вы можете экспериментировать, чтобы найти их. Расположение грифеля под углом, пересекающим множество пересечений четырех магнитов, может быть стабильным, даже если грифель не всегда находится на линии соединения. Попробуйте.
- Почему пиролитический графит левитирует лучше, чем карандашный графит?
Кристалл графита более диамагнетичен в одних направлениях, чем в других. Чистый кристалл графита формируется слоями гексагональных (сотовых) массивов. Кристалл наиболее сильно диамагнетичен в направлении, перпендикулярном слоям. В карандашном грифе микроскопические кристаллы графита ориентированы беспорядочно. Таким образом, наблюдаемый диамагнетизм представляет собой среднее значение диамагнетизма, доступного в различных направлениях. В пиролитическом графите кристаллы графита образуют макроскопические слоистые листы, ориентированные (более или менее) в одном направлении. В этом случае диамагнетизм, наблюдаемый перпендикулярно листам, существенно выше среднего. Он может левитировать в три раза выше, чем грифель карандаша.
Если вы держите южный полюс постоянного магнита рядом с диамагнитным материалом, атомы в материале выровняются так, что их южные полюса будут обращены к постоянному магниту. Если вы положите диамагнетик на массив северных и южных магнитных полюсов, части диамагнетика над северными полюсами сформируют микромагниты с северными полюсами вниз, а части над южными полюсами сформируют микромагниты с их южными полюсами. вниз. Независимо от того, какой тип полюса магнита находится поблизости, диамагнетик образует магнит, который отталкивает его. 
Однако на практике магнитный массив будет слишком тяжелым, чтобы магнитное отталкивание могло выдержать его вес. Лучший способ левитировать магнит — это использовать другой сильный магнит, чтобы обеспечить дополнительную подъемную силу. Эта идея лежит в основе действия «поднимите магнит с помощью диамагнетиков» выше. 
В карандашном грифе микроскопические кристаллы графита ориентированы беспорядочно. Таким образом, наблюдаемый диамагнетизм представляет собой среднее значение диамагнетизма, доступного в различных направлениях. В пиролитическом графите кристаллы графита образуют макроскопические слоистые листы, ориентированные (более или менее) в одном направлении. В этом случае диамагнетизм, наблюдаемый перпендикулярно листам, существенно выше среднего. Он может левитировать в три раза выше, чем грифель карандаша.- 1. Берри М.В., Гейм А.К. «О летающих лягушках и левитронах». Европейский журнал физики 18.4 (1997): 307. http://iopscience.iop.org/0143-0807/18/4/012/
- 2. Согласно закону Фарадея, электрический ток создает магнитное поле. Смотрите наш урок по основным электромагнитам для примеров.
- 3. Ханно Эссен. «Магнитные поля, вращающиеся атомы и происхождение диамагнетизма». Physica Scripta 40 (1989): 761-767.
- 4. Для атомов с незаполненными оболочками магнитные поля, обусловленные внутренним квантовым вращением электронов, преобладают над любым диамагнитным эффектом.
